保护性耕作对旱区农田水分及作物生产力影响模拟研究

摘要

北方旱区主要分布在昆仑山-秦岭-淮河一线以北的广大地区，包括17个省的966个县市，约占国土陆地面积的56％，其中耕地面积占全国的55.4％，旱地面积占的73％。北方旱区也是中国最具开发潜力的农业生产基地，全国85％以上的后备农业土地资源也集中在这里。 然而北方旱区水资源总量却不足全国的20％，大部分地区年降水量仅为300～500mm，降水几乎是旱地作物生长所需水分的唯一来源，降水不足和季节分配不均严重制约着作物生产力的发挥，已成为制约该区农业和农村经济可持续发展的“瓶颈”。 保护性耕作技术通过少耕或者免耕以减少对土壤的翻动，用作物秸秆覆盖地表，是目前旱农地区保蓄水分，减轻和缓解干旱的重要手段。因此，研究保护性耕作技术措施下土壤含水量、水分利用效率及作物生产力的变化趋势具有积极意义。 本文首先对DSSAT模型在北方旱区的适用性进行了验证，在2a的旱农试验站田间试验基础上，对传统耕作、免耕覆盖、秸秆还田和浅旋耕4个处理进行了模拟，将实测结果和模型模拟结果进行了比较，结果显示DSSAT模型可以较好的模拟保护性耕作处理，4个处理土壤水分含量RMSE误差在0.025～0.085，尤其是在0～30cm的根层土壤中，误差在0.025～0.059之间，效果较好；土壤储水量变化2005年模拟和同降水年型实测值分别为144.6mm和151.7mm，2006年分别为22.9mm和46.1mm；玉米生产力的误差2005年在3.1～12％之间，2006年2.8～25.2％之间；玉米水分利用效率模拟结果，2005年4个处理之间1.52～1.78kg.m-3，免耕水分效率最高为1.78kg.m-3，2006年各个处理为1.70～1.71kg.m-3，差异较小。 在试验和模拟结果误差较小的基础上，对不同保护性耕作处理1995～2004年土壤含水量、水分利用效率、水分平衡及作物生产力进行模拟和分析。结果显示，在采用保护性耕作技术的最初的几年，保护性耕作技术的效果不是特别明显，随着实施年限的增加，其效果也越来越明显，保护性耕作处理玉米生产力最高可达36％，土壤储水量最多可增加220％，而地表径流最多可减少93％，水分利用效率最多可提高27.7％，土壤储水量减少较多的年份，生产力增加较多。初步结果显示，处理之间免耕覆盖和秸秆还田效果较好，而留茬浅旋耕效果较差。同时，还对免耕秸秆覆盖处理进行了不同秸秆覆盖量的模拟，结果显示，不同秸秆覆盖量处理生产力及水分利用效率均要明显好于零覆盖处理，而不同水平之间差异则不是特别明显。

目录

文摘

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论文说明：英文缩略表

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第一章绪论

1.1研究背景

1.2保护性耕作技术的研究进展

1.2.1国外保护性耕作研究进展

1.2.2国内保护性耕作研究进展

1.3农田水分及水分平衡研究进展

1.4作物模型研究进展

1.4.1国外作物模型研究进展

1.4.2国内作物模型研究进展

1.4.3模型研究方法的优缺点

1.5研究目标及内容

1.5.1研究目标

1.5.2研究内容

第二章资料与方法

2.1试验区概况

2.2试验处理

2.2.1设计及布局

2.2.2测定指标及方法

2.3 DSSAT模型基本特点

2.3.1模型主要结构

2.3.2模型的主要功能

2.3.3模型运行初始参数

2.4模型数据来源及数据库构建

2.4.1土壤参数数据库

2.4.2气象参数数据库

2.4.3品种参数数据库

2.4.4误差检验

第三章DSSAT模型有效性检验

3.1农田水分验证及分析

3.1.1农田土壤含水量比较

3.1.2农田土壤水分平衡比较

3.2作物生产力验证及分析

3.2.1作物水分利用效率比较

3.2.2作物生产力比较

3.3本章小结

第四章保护性耕作对土壤水分及作物生产力的影响

4.1不同保护性耕作措施长期作用效果

4.1.1不同措施对水分平衡的影响

4.1.2不同措施对作物生产力及水分利用效率的影响

4.2不同秸秆覆盖量的长期效应

4.2.1不同秸秆覆盖量对水分平衡的影响

4.2.2不同秸秆覆盖量对作物生产力及水分利用效率的影响

4.3本章小结

第五章结论与讨论

5.1主要结论

5.2研究中存在的问题

5.3需要进一步研究内容

参考文献

致 谢

作者简历